JP6143774B2 - 符号化光通信用のプロトコル - Google Patents

Description

本発明は、符号化光システムの分野に関し、符号化光を受け取り、放射する照明デバイスと、それに関連する方法とに関する。

可視光は、光特性を正確に制御することを容易にする固体照明における最近の進歩に伴い、新しい通信手段として最近の関心を引き付けている。情報が放射された光照明に埋め込まれる一方でユーザには認識できないままでいるように、照明器具からの可視光を変調することが、最近、提唱されている。この概念は、符号化光通信とも呼ばれる。Ｈ．ヤン（H. Yang）他によって「Illumination sensing in LED lighting systems based on frequency division multiplexing」（IEEE Trans on Signal Processing、４２６９〜４２８１頁、２００９年）において、また、Ｊ．−Ｐ．リナーツ（J.-P. Linnartz）他によって「Code division based sensing of illumination contributions in solid-state lighting systems」（IEEE Trans on Signal Processing、３９８４〜３９９８頁、２００９年）において開示されているように、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ及び振幅変調に基づいたパケット送信といった様々な形態の変調及びアクセススキームが、上記を達成するために提案されている。

このような変調照明システムにおける多重アクセスのために、ＣＳＭＡのようなプロトコルが検討されている。これは、翻って、非同期タイプの制御プロトコルに使用を制限する照明制御に影響を有する。ＩＥＥＥ標準規格化団体は、現在、ＩＥＥＥ８０２．１５．７のもとで、可視光を使用した通信用の物理及び媒体アクセス制御層の仕様を開発している。低コストのドライバ実装を可能とするために、可視光通信の基本周波数は、通常、約２ｋＨｚに制限されるが、この基本周波数は、ＩＥＥＥ８０２．１５．７標準規格によると、より高くすることが可能とされている。これは、今度は、２つの照明デバイス間の可視光通信リンク上でサポート可能なデータ転送速度を、最大限で数ｋｂｐｓのオーダに制限し、翻って、ネットワークスループットを制限する。この制限されたデータ転送速度は、照明デバイスが数バイトよりもさらに多くの制御情報を共有する必要がある場合、リアルタイムの制御アプリケーションには不十分である。

本発明を考慮すると、引用技術の幾つかの不利点が特定される。例えば照明システムのネットワークスループットは、ポイント・ツゥ・ポイントリンクのデータ転送速度及びチャネルアクセスプロトコルによって制限される。上記の通り、変調照明システムにおけるポイント・ツゥ・ポイントリンクのデータ転送速度は、数ｋｂｐｓに制限されている。これは、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルの使用下で総ネットワークスループットも制限する。

上記に鑑みて、本発明の目的は、上記の問題を解決又は少なくとも低減することを目的とする。本発明は、ネットワークスループットが向上され、（疑似）同期照明制御を容易にする可視光通信及び制御のプロトコルを提案することを目的とする。本発明は、特に、高速制御情報の（リアルタイム）交換を可能とするように変調照明システムのネットワークスループットを増加させるプロトコルを提案することを目的とする。概して、上記の目的は、添付の特許請求項によって達成される。

したがって、各照明デバイスが照明時に変調済み光を送信する照明システムにおける符号化光通信及び制御のプロトコルが提案されている。提案されているプロトコルでは、幾つかの照明デバイスが、照明システム全体で制御情報を交換する必要がある。提案されているプロトコルの一実施形態では、幾つかの中間照明デバイスが、照明デバイスから受信した送信信号を復号化し、受信信号をデジタル的にかつ直線的に符号化し、重畳変調光をブロードキャストする。提案されているプロトコルのもう１つの実施形態では、幾つかの照明デバイスが、照明デバイスからの同時変調光照明をトリガする。いずれのプロトコルにおいても、照明デバイスは、中間照明デバイスから受信した光信号を使用して、記憶されている事前に知られている信号成分を削除することによって、関心の信号を取り出す。

本発明の第１の態様によれば、符号化光を受け取り、放射する照明デバイスが提供される。当該照明デバイスは、光を受け取り、受け取った光内に符号化光を検出する光ディテクタと、受け取った符号化光内に、受け取った光内に埋め込まれた、少なくとも、第１の入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化メッセージを特定する光デコーダであって、第１の入来符号化光メッセージは第１の外部照明デバイスから生じ、第２の入来符号化光メッセージは第２の外部照明デバイスから生じる、光デコーダと、第１の入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化光メッセージの組み合わせである発信符号化光メッセージを形成する光ドライバと、発信符号化光メッセージを含む符号化光を放射する光エミッタとを含む。

有利には、このような照明デバイスは、ネットワークスループットを増加させ、照明システム全体での高速制御情報交換のサポートを可能にする。従来のＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルに比べて、スループットは大幅に増加される。改善は、通常、システムトポロジに依存する。３つの照明デバイスが直列構成にあるシステム構成では、スループットは、約３３％乃至約５０％増加される。

第１の符号化光メッセージ及び第２の符号化光メッセージの各々は、ビーコンメッセージを含み、各ビーコンメッセージは、ソースアドレス及び宛先アドレスを含む。光デコーダは更に、第１の符号化光メッセージ及び第２の符号化光メッセージの各々から宛先アドレスを抽出し、アドレスのデータベースにおいて、照明デバイスが、宛先アドレスと通信可能であるか否かを確認し、照明デバイスが宛先アドレスと通信可能である場合にのみその確認応答を含む応答メッセージを形成し、光エミッタは更に、応答メッセージを含む符号化光を放射する。このようなビーコンメッセージ及び／又は応答メッセージは、ソースアドレスの照明デバイスから宛先アドレスの照明デバイスへの最短及び／又は最速通信路を特定することによって、照明システムの情報スループットを最適化する。

照明デバイスは、メモリを更に含む。第１の入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化光メッセージのうちの少なくとも１つは、それぞれ、第１の複合符号化光メッセージ及び第２の複合符号化光メッセージを表す。光デコーダは、第１の複合符号化光メッセージ及び第２の複合符号化光メッセージのうちの少なくとも１つにおいて、少なくとも２つの個別の符号化光メッセージを特定する。当該メッセージは、第１の複合符号化光メッセージ及び第２の複合符号化光メッセージのうちの少なくとも１つをメモリに記憶される少なくとも１つの記憶された符号化光メッセージと比較することによって特定される。したがって、受信されたメッセージは、記憶されている事前情報と比較され、これにより、受信された複合メッセージから記憶されている事前情報を削除することによって未知情報の抽出が可能となる。これは、受信された符号化光の１回の観察から、幾つかの発光源から生じている個々のメッセージを復号化することを有利に可能にする。

本発明の第２の態様によれば、照明デバイスと、第１の外部照明デバイスと、第２の外部照明デバイスとを本明細書に説明される通りに含む符号化光システムが提供される。

本発明の第３の態様によれば、照明デバイスにおいて、符号化光を受け取り、放射する方法が提供される。当該方法は、照明デバイスの光ディテクタによって、光を受け取り、受け取った光内の符号化光を検出するステップと、照明デバイスの光デコーダによって、受け取った符号化光において、受け取った光内に埋め込まれた第１の入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化メッセージを特定するステップであって、第１の符号化光メッセージは第１の外部照明デバイスから生じ、第２の符号化光メッセージは第２の外部照明デバイスから生じる、ステップと、照明デバイスの光ドライバによって、第１の入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化光メッセージの組み合わせである発信符号化光メッセージを形成するステップと、照明デバイスの光エミッタによって、発信符号化光メッセージを含む符号化光を放射するステップとを含む。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態を参照することにより明らかとなろう。第１の態様の利点及び実施形態は、第２及び第３の態様にもそれぞれ同等に適用され、また、その逆も同様である。

概して、請求項において使用されるすべての用語は、本明細書に特に明記されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈される。「１つの（ａ／ａｎ）／その／前記［要素、デバイス、構成要素、手段、ステップ等］」への言及は、すべて、特に明記されない限り、当該要素、デバイス、構成要素、手段、ステップ等の少なくとも１つのインスタンスを指しているものとしてオープンに解釈される。本明細書に開示される任意の方法のステップは、特に明記されない限り、開示された順番通りに実行される必要はない。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して、現在好適である実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなろう。

図１は、従来技術による照明システムを示す。 図２ａは、実施形態による照明システムを示す。 図２ｂは、実施形態による照明システムを示す。 図２ｃは、実施形態による照明システムを示す。 図２ｄは、実施形態による照明システムを示す。 図３は、実施形態による照明デバイスを示す。 図４ａは、実施形態による照明システムの実験から得た性能結果の一つを示す。 図４ｂは、実施形態による照明システムの実験から得た性能結果の一つを示す。 図４ｃは、実施形態による照明システムの実験から得た性能結果の一つを示す。 図４ｄは、実施形態による照明システムの実験から得た性能結果の一つを示す。 図５は、実施形態による方法のフローチャートを示す。

本発明は、以下に添付図面を参照してより詳細に説明される。添付図面には、本発明の特定の実施形態が示される。しかし、本発明は、多くの異なる形で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全かつ徹底しているように例として提供され、当業者に発明の範囲を十分に伝える。同様の参照符号は全体に亘って同様の要素を指す。

図１による従来技術の照明システムを検討する。当該照明システムは、３つの照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃを含む。照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃは、互いの感知範囲内にあり、照明デバイス２ａ、２ｂは、互いの通信範囲内にあり、照明デバイス２ｂ、２ｃは、互いの通信範囲内にある。したがって、感知範囲は、通常、通信範囲よりも大きい。感知範囲は、今にも発生する通信が検出される範囲である一方で、通信範囲は、通信が成功裏に復号化される範囲である。図１のライン構成では、照明デバイス２ａは照明デバイス２ｂとワイヤレスに通信可能であり、照明デバイス２ｂは照明デバイス２ｃともワイヤレスに通信可能である。照明デバイス２ａが、照明デバイス２ｃにメッセージｓ１（ｔ）を送信する予定であり、照明デバイス２ｃが、照明デバイス２ａにメッセージｓ２（ｔ）を送信する予定であると仮定する。ＣＳＭＡ／ＣＡ（搬送波感知多重アクセス／衝突回避）プロトコルによれば、メッセージを送信することを希望する照明デバイスは、まず、別の照明デバイスが感知範囲内で同じ通信チャネル上で送信しているか否かを決定するために、所定の時間の間、通信チャネルを聞かなければならない。通信チャネルがアイドル状態であると感知されると、照明デバイスは、送信プロセスを開始することが許可される。したがって、図１における段階ｉ）（即ち、第１のスロット）において、照明デバイス２ａは、照明デバイス２ｂにメッセージｓ１（ｔ）を送信する。通信チャネルがビジー状態であると感知されると、照明デバイスは、ランダムな時間の間、その送信を保留する。送信プロセスが一旦開始しても、アプリケーションデータの実際の送信がないことも依然として可能である。ある照明デバイスのワイヤレス送信を、別の照明デバイスが送信中は許可しないことによって衝突回避が使用され、ＣＳＭＡ性能が向上される。したがって、ランダム台形型バイナリ・エクスポネンシャル・バックオフ（random truncated binary exponential backoff）時間の使用によって、衝突の可能性が減少される。したがって、図１の段階ｉ）では、通信チャネルは、照明デバイス２ａによって占有されているため、照明デバイス２ｃは、メッセージｓ２（ｔ）を送信できない。したがって、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルは、照明デバイス２ａと２ｃとの間でメッセージｓ１（ｔ）及びｓ２（ｔ）が交換されるためには、４つの通信スロットを必要とする。段階ｉ）にて、照明デバイス２ａが照明デバイス２ｂにメッセージｓ１（ｔ）を送信し、段階ｉｉ）にて、照明デバイス２ｂが照明デバイス２ｃにメッセージｓ１（ｔ）を送信し、段階ｉｉｉ）にて、照明デバイス２ｃが照明デバイス２ｂにメッセージｓ２（ｔ）を送信し、段階ｉｖ）にて、照明デバイス２ｂが照明デバイス２ａにメッセージｓ２（ｔ）を送信する。

一般論として、本発明によって提案されているプロトコルには２つのファミリーがある。以下、これらのプロトコルは、各々、プロトコルＩ及びプロトコルＩＩとして示される。更に、提案されているプロトコルは、２つの照明システムトポロジ、即ち、廊下において一般的である（図２ａ及び図２ｂに示されるような）ライン構成、並びに、セル式及びオープンオフィスにおいて一般的である（図２ｃに示されるような）グリッド構成を考慮して説明される。

２つの提案されているプロトコルファミリーの動作は、図２ａ乃至図２ｄの照明システム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄの各々を参照して、以下に説明される。２つのプロトコルファミリーを詳細に説明する前に、照明システム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄにおいて有利に使用される照明デバイスが説明される。

図３は、機能ブロックについて、図２ａ乃至図２ｃの照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆといった照明デバイス２を概略的に示す。照明デバイス２は、照明光だけでなく符号化光も放射する。符号化光は、符号化光メッセージを含む。照明デバイス２は、光ドライバ５、光エミッタ６、光ディテクタ３及び光デコーダ４を含む。光ドライバ５及び光デコーダ４の機能の少なくとも一部は、処理ユニット７によって実現されてもよい。光ドライバ５は、別の照明デバイスに送信される符号化光メッセージを形成する。光エミッタ６は、光源２（即ち、照明光を放射する）の照明機能に関連付けられ、任意の適切な光源であってよい。例えば光エミッタ６は、１つ以上のＬＥＤを含むことが好適であるが、１つ以上のハロゲン、ＦＬ又はＨＩＤ源等を含んでもよい。光エミッタ６は、光ドライバ５によって駆動される。したがって、光エミッタ６は、光ドライバ５から、放射されるべき光に関する制御信号を受け取る。光ディテクタ３は、少なくとも１つの他の光源によって放射された光を受け取り、受け取った光の中の符号化光を検出する。光ディテクタ３は、フォトセンサ、フォトディテクタ又は任意の他の適切な光センサを含む。例えば光ディテクタ３は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、ＣＭＯＳセンサ、フォトダイオード（特に逆バイアスＬＥＤ）、フォトトランジスタ、フォトレジスタ等を含んでもよい。光デコーダ４は、光ディテクタから、波形及び強度といった検出された光を示す信号を受け取る。したがって、光デコーダ４は、受け取った光の中に埋め込まれている符号化光メッセージを復号化する。

光源２は、発信符号化光メッセージの送信のスケジューリングに関する情報といった情報、及び／又は、放射されるべき符号化光の他のパラメータを受信するメッセージ受信器８を更に含む。情報の送信及び受信には、複数の様々な通信手段のうちの１つを利用する。例えばメッセージ受信器８は、符号化光を受け取る受信器である。メッセージ受信器８は、赤外光を受け取る赤外線インタフェースを含んでもよい。或いは、メッセージ受信器８は、ワイヤレスに送信された情報を受信する無線受信器（即ち、無線に基づいている）であってもよい。更に或いは、メッセージ受信器８は、電線によって送信された情報を受け取るコネクタを含んでもよい。電線は送電線ケーブルであってもよい。電線はコンピュータケーブルであってもよい。

照明デバイス２は更に、メモリ９を含む。送信及び／又は受信された符号化光メッセージのパラメータと、それらに関連するコードパラメータとに関する情報がメモリ９に記憶される。

照明デバイス２は更に、内部時間インジケータ１０を含む。内部時間インジケータ１０は、処理ユニット７の一部であっても（処理ユニット７によって提供されても）よい。内部時間インジケータ１０は更に、（図２ｄにあるように）遠隔制御ユニット１１内に含まれる中央時間インジケータからの信号の受信によって初期化されてもよい。これは、照明システムの個々の光源間の時刻同期を可能にする。

次に、提案されているプロトコルＩに従って動作する図２ａによって提案されている照明システム１ａを検討する。照明システム１ａは、３つの照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃを含む。照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃは、互いの感知範囲内にあり、照明デバイス２ａ、２ｂは、互いの通信範囲内にあり、照明デバイス２ｂ、２ｃは、互いの通信範囲内にある。プロトコルＩによれば、最初の２つの通信スロットは、従来のＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルにおける通信スロットｉ）及びｉｉｉ）と同じままである。このプロトコルのデジタルの特質を強調するために、時間を表す記号ｋが使用される。

段階ｉ）では、照明デバイス２ａは、ステップＳ０２ａにおいて、第１の符号化光メッセージｓ１（ｋ）を照明デバイス２ｂに送信する。送信するために、照明デバイス２ａの光ドライバ５が、符号化光メッセージｓ１（ｋ）を生成し、照明デバイス２ａの光エミッタ６に、符号化光メッセージｓ１（ｋ）を含む符号化光を放射するように命令する。符号化光メッセージｓ１（ｋ）は、ステップＳ０４ａにおいて、照明デバイス２ｂの光ディテクタ３によって光として受け取られる。光ディテクタ３は、符号化光メッセージｓ１（ｋ）を復号化するために、受け取った光を照明デバイス２ｂの光デコーダ４に渡す。したがって、照明デバイス２ｂの光デコーダ４は、ステップＳ０６ａにおいて、少なくとも、受け取った光の中に埋め込まれた第１の入来符号化光メッセージを特定する。照明デバイス２ｂを考慮すると、照明デバイス２ａは、第１の外部照明デバイスと見なされる。

段階ｉｉ）では、照明デバイス２ｃは、ステップＳ０２ｂにおいて、第２の符号化光メッセージｓ２（ｋ）を照明デバイス２ｂに送信する。照明デバイス２ｃの光ドライバ５が、符号化光メッセージｓ２（ｋ）を生成し、照明デバイス２ｃの光エミッタ６に、符号化光メッセージｓ２（ｋ）を含む符号化光を放射するように命令する。符号化光メッセージｓ２（ｋ）は、ステップＳ０４ｂにおいて、照明デバイス２ｂの光ディテクタ３によって光として受け取られる。光ディテクタ３は、符号化光メッセージｓ２（ｋ）を復号化するために、受け取った光を照明デバイス２ｂの光デコーダ４に渡す。したがって、照明デバイス２ｂの光デコーダ４は、ステップＳ０６ｂにおいて、少なくとも、受け取った光の中に埋め込まれた第２の入来符号化光メッセージを特定する。照明デバイス２ｂを考慮すると、照明デバイス２ｃは、第２の外部照明デバイスと見なされる。メッセージｓ１（ｋ）及びメッセージｓ２（ｋ）を復号化すると、照明デバイス２ｂの光ドライバ５は、ステップＳ０８において、メッセージｓ１（ｋ）及びメッセージｓ２（ｋ）の組み合わせである新しいメッセージｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を、発信符号化光メッセージとして形成する。光デコーダ４は、まず、受け取った光から、第１の入来符号化光メッセージｓ１（ｋ）及び第２の入来符号化光メッセージｓ２（ｋ）を復号化し、次に、（当技術分野でその原則自体は知られている、いわゆる復号転送（decode-and-forward）原則にしたがって）入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化光メッセージの各々を再符号化する。次に、再符号化された符号化光メッセージから、発信符号化光メッセージが形成される。組み合わせは、第１の入来符号化光メッセージｓ１（ｋ）を表す第１の波形を、第２の入来符号化光メッセージｓ２（ｋ）を表す第２の波形に加算することが含まれる。第１の入来符号化光メッセージｓ１（ｋ）及び第２の入来符号化光メッセージｓ２（ｋ）は、各々、例えば第１のバイナリ情報シーケンス及び第２のバイナリ情報シーケンスを表す。このようなバイナリコンテキスト、即ち、要素０、１を有する有限フィールド（０+０＝０、１+０＝０+１＝１及び１＋１＝０）では、「＋」はしたがって個々のビットのＸＯＲ（排他論理和）演算を表す。したがって、組み合わせは、第１のバイナリ情報シーケンスと第２のバイナリ情報シーケンスとの間でビット排他論理和演算を実行することを含む。一般に、「＋」演算は、有限フィールドに亘って規定され、これに従って、符号化光メッセージの値は、規定及び／又は符号化されている。

段階ｉｉｉ）では、照明デバイス２ｂの光エミッタ６は、ステップＳ１０において、発信符号化光メッセージを含む符号化光を放射する。有利には、発信符号化光メッセージは、全方向ブロードキャストメッセージとして送信される。事前にメッセージｓ１（ｋ）が事前情報としてそのメモリ９に記憶されていることにより、照明デバイス２ａは、ｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を受信及び検出すると、メッセージｓ２（ｋ）を取り出すために、事前成分ｓ１（ｋ）を削除できる。より詳細には、少なくとも２つの照明デバイスから生じる情報成分を有するメッセージ（例えばタイプｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ））は、複合符号化光メッセージと呼ばれる。一般に、照明デバイスは、２つ以上のそのような複合符号化光メッセージを受信する（図２ｃを参照）。したがって、第１の入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化光メッセージの少なくとも一方が、各々、第１の複合符号化光メッセージ及び第２の複合符号化光メッセージを表す。照明システム１ａによれば、照明デバイス２ａは、照明デバイス２ｂから１つの複合符号化光メッセージｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を受信する。そのような複合符号化光メッセージ内の個々の符号化光メッセージは、複合符号化光メッセージを既知の符号化光メッセージと比較することによって特定される（通常、第１の複合符号化光メッセージは、第２の複合符号化光メッセージと比較される）。既知の（複合）符号化光メッセージは、メモリ９に記憶される。複合符号化光メッセージｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を、既知で記憶されている符号化光メッセージｓ１（ｋ）と比較することによって、照明デバイス２ａは、したがって、その中に、２つの個別の符号化光メッセージ、即ち、ｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を特定することができる。比較は、記憶された符号化光メッセージを、第１の複合符号化光メッセージから減算することを含む。これにより、記憶された符号化光メッセージを表す情報は、複合符号化光メッセージから削除される。同様に、事前にメッセージｓ２（ｋ）が事前情報としてそのメモリ９に記憶されていることにより、照明デバイス２ｃは、ｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を受信及び検出すると、メッセージｓ１（ｋ）を取り出すために、事前成分ｓ２（ｋ）を削除できる。図１の従来技術のシステムと比べて、ネットワークスループットは、３３％向上する（２つのメッセージが４つのスロットにわたって交換されるのではなく、２つのメッセージを交換するために３つのスロットしか必要ではない）。当業者には明らかであるように、また、以下に説明されるように、照明システム１ａは、３つの照明デバイスを有することだけに限定されず、複数の照明デバイスを有するように拡張されてもよい。

次に、提案されているプロトコルＩＩに従って動作する図２ｂによって提案されている照明システム１ｂを参照する。照明システム１ｂは、３つの照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃを含む。照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃは、互いの感知範囲内にあり、照明デバイス２ａ、２ｂは、互いの通信範囲内にあり、照明デバイス２ｂ、２ｃは、互いの通信範囲内にある。このプロトコルのアナログの特質を強調するために、時間を表す記号ｔが使用される。プロトコルＩＩによれば、照明デバイス２ａ及び照明デバイス２ｂは、必ずしも同期していなくてよいが、同時に送信することが可能にされる。

したがって、段階ｉ）では、照明デバイス２ａは、ステップＳ０２ａにおいて、第１の符号化光メッセージｓ１（ｔ）を照明デバイス２ｂに送信し、照明デバイス２ｃは、ステップＳ０２ｂにおいて、第２の符号化光メッセージｓ２（ｔ）を照明デバイス２ｂに送信する。照明デバイス２ｂは、ｓ１（ｔ）＋ｓ２（ｔ）の送信の継続時間に亘って光を受け取らなければならない。第１の符号化光メッセージｓ１（ｔ）及び第２の符号化光メッセージｓ２（ｔ）を受信すると、照明デバイス２ｂは、発信メッセージｓ１（ｔ）＋ｓ２（ｔ）を形成する。しかし、第１の符号化光メッセージｓ１（ｔ）及び第２の符号化光メッセージｓ２（ｔ）は同時に送信されてもよいため、照明デバイス２ｂは、ステップＳ０４において、ｓ１（ｔ）及びｓ２（ｔ）を、重畳メッセージ、即ち、ｓ１（ｔ）＋ｓ２（ｔ）として受信する。したがって、第１の符号化光メッセージｓ１（ｔ）及び第２の符号化光メッセージｓ２（ｔ）は、ステップＳ０６において、受信された符号化光において、共通の重畳メッセージとして特定される。次に、発信メッセージｓ１（ｔ）＋ｓ２（ｔ）が、第２の時間スロットにおいて、照明デバイス２ｂから放射された符号化光によって送信される。即ち、上記による段階ｉｉ）にて、即ち、ステップＳ０８において、光ドライバ５によって発信符号化光メッセージを形成することによって、また、ステップＳ１０において、光エミッタ６によって発信メッセージを含む符号化光を放射することによって送信される。発信符号化光メッセージは、（当技術分野でその原則自体は知られている、いわゆる増幅転送（amplify-and-forward）原則にしたがう）受け取った光の増幅である。発信メッセージｓ１（ｔ）＋ｓ２（ｔ）を受信後、照明デバイス２ａは、メッセージｓ２（ｔ）を取り出すために、事前に既知のアナログ成分ｓ１（ｔ）を削除する。同様に、照明デバイス２ｃは、メッセージｓ１（ｔ）を取り出すために、事前に既知のアナログ成分ｓ２（ｔ）を削除する。図１の従来技術のシステムに比べて、ネットワークスループットは、５０％向上する（２つのメッセージが４つのスロットにわたって交換されるのではなく、２つのメッセージを交換するために２つのスロットしか必要ではない）。当業者には明らかであるように、また、以下に説明されるように、照明システム１ｂは、３つの照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃを有することだけに限定されず、複数の照明デバイスを有するように拡張されてもよい。

プロトコルＩＩがうまく機能するためには、幾つかの条件が必要となる。例えば照明デバイスは、照明システム内のどの照明デバイスが符号化光メッセージを同時に放射可能であるかに関する情報へのアクセスを有する必要がある。照明デバイスは更に、（図２ｂの照明システム１ｂにおける照明デバイス２ｂのように）２つ以上の照明デバイスからの同時照明を調整できる必要がある。照明デバイスは更に、ブロードキャストモードとなるべきか否かを知る必要がある。照明デバイスは更に、どのメッセージが特定の時間スロットにおいて復号化される必要があるのか知る必要がある。これらの点は、以下の通りに対処される。照明デバイスは、送信すべきメッセージがある場合、ビーコンメッセージを送信する。ビーコンメッセージは、照明デバイス自体のアドレス（即ち、ソースアドレス）と、メッセージの少なくとも１つの対象受信器（即ち、少なくとも１つの宛先照明デバイスの宛先アドレス）とを含む。符号化光メッセージから宛先アドレスを抽出すると、傍受照明デバイス（即ち、ビーコンメッセージを受信する照明デバイス）は、同時照明のための調整役として働くことができるかどうかを決定するために、この情報を使用する。例えば各傍受照明デバイスは、アドレスのデータベースにおいて、当該照明デバイスが宛先アドレスと通信可能であるか否かを確認する。データベースは、メモリ９にローカルに記憶されても、遠隔にあって照明デバイスによってアクセス可能であってもよい。通信可能である場合、傍受照明デバイスは、照明デバイスの特定の対間で同時照明が生じてもよいというその確認応答を含む応答メッセージを形成することによって、同時送信トリガビーコンシグナリングを送信する。ビーコンメッセージを送信した照明デバイスは、当該ビーコンメッセージの送信から所定の時間内に送信トリガビーコン信号を受信したことに応えて、その符号化光メッセージを排他的に送信する。応答メッセージは、照明デバイスが宛先アドレスと通信可能である場合にのみ、形成される。照明デバイスは、次のスロットにおいて、符号化光メッセージを送信（し、送信されたメッセージを記憶）する。調整役の照明デバイスは、このスロットにおいて、同時照明を受信する。次のスロットにおいて、中間の調整役の照明デバイスは、重畳メッセージを転送する一方で、重畳メッセージを受信する照明デバイスは、まず、記憶されている送信メッセージ成分を削除することによって、受信した符号化光から重畳メッセージを復号化できる。

図２ｃは、提案されているプロトコルＩＩに従って動作する照明システム１ｃを示す。しかし、当業者は理解できるように、照明システム１ｃは、提案されているプロトコルＩに従っても動作できる。照明システム１ｃは、６つの照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆを含む。照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆは、グリッド構成に配置されている。照明システム１ｃでは、照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆは、各々、符号化光メッセージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦに関連付けられ、これらの符号化光メッセージは、照明システム１ｃ内のすべての他の照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆに送信される。当業者は理解できるように、各符号化光メッセージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは、各々、符号化光メッセージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦのうちの１つ以上の特定の符号化光メッセージを受信する１つ以上の特定の照明デバイスに関連付けられる。更に、照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆは、互いの感知範囲内にあり、各照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆは、垂直方向及び／又は水平方向に最も近いその隣接照明デバイスとのみ通信範囲内にあると仮定される。つまり、照明デバイス２ａは、照明デバイス２ｂ及び照明デバイス２ｄとのみ通信範囲内にあり、照明デバイス２ｂは、照明デバイス２ａ、照明デバイス２ｃ及び照明デバイス２ｅとのみ通信範囲内にある。

プロトコルＩＩ下では、第１の時間スロット、即ち、段階ｉ）において、各照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆは、その隣接照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆに送信する必要のあるメッセージ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦ）を同時にブロードキャストし、自分自身のメッセージをメモリ９に記憶する。隣接照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆは、重なるメッセージを傾聴する。例えば照明デバイス２ａは、第１の時間スロットにおいて、（照明デバイス２ｂからの）同時メッセージＢ及び（照明デバイス２ｄからの）同時メッセージＤを受信しており、したがって、重畳メッセージＢ＋Ｄを受信している。同様に、照明デバイス２ｂは、第１の時間スロットにおいて、（照明デバイス２ａからの）同時メッセージＡ、（照明デバイス２ｃからの）同時メッセージＣ及び（照明デバイス２ｅからの）同時メッセージＥを受信しており、したがって、重畳メッセージＡ＋Ｃ＋Ｅを受信している。したがって、光デコーダ４は更に、受け取った符号化光において、受け取った光内に埋め込まれた第３の入来符号化光メッセージも特定する。この第３の符号化光メッセージは、第３の外部照明デバイスから生じている。

第２の時間スロット、即ち、段階ｉｉ）では、各照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆは、第１の時間スロットにおいて受信された重畳メッセージをブロードキャストする。例えば照明デバイス２ａは、メッセージＡ’＝Ｂ＋Ｄをブロードキャストする一方で、（照明デバイス２ｂから生じる）メッセージＢ’＝Ａ＋Ｃ＋Ｅと、（照明デバイス２ｄから生じる）メッセージＤ’＝Ａ＋Ｅとの組み合わせを受信する。第２の時間スロット、即ち、段階ｉｉ）では、照明デバイス２ｂは、メッセージＢ’＝Ａ＋Ｃ＋Ｅをブロードキャストする。したがって、光ドライバ５は更に、第３の入来符号化光メッセージも発信符号化光メッセージ内に含める。照明デバイスが２つ以上の異なる照明デバイスから同じメッセージの２つ以上のコピーを受信する照明システムでは、当該２つ以上のコピーは、ダイバーシティ利得のために組み合わされてもよい。

第３の時間スロット、即ち、段階ｉｉｉ）では、各照明デバイス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ及び２ｆは、第２の時間スロットにおいて受信された重畳メッセージを（事前に知られている信号成分を削除後）ブロードキャストする。例えば照明デバイス２ａは、メッセージＡ’’＝Ａ＋Ｃ＋Ｅ＋Ａ＋Ｅ＝Ｃをブロードキャストする一方で、（照明デバイス２ｂから生じる）メッセージＢ’’＝Ｂ＋Ｄ＋Ｆ＋Ｂ＋Ｆ＋Ｂ＋Ｄ＝Ｂと、（照明デバイス２ｄから生じる）メッセージＤ’’＝Ｂ＋Ｄ＋Ｂ＋Ｄ＋Ｆ＝Ｆとの組み合わせを受信する。

プロトコルＩ及びＩＩは、照明デバイスが、送信済み信号を記憶するか又は信号成分を傍受することで、当該信号又は信号成分を使用して、関心の信号を取り出すために重畳信号から干渉信号成分を削除することによって情報を復号化する任意のネットワーク構成に拡張されてもよい。更に、任意のネットワーク構成は、上記のライン構成及びグリッド構成を得るために、いつでもより小さい構成に分割され、通信及び制御プロトコルは、これらの構成に対し実行されてもよい。図２ｄは、幾つかの分割された照明システム１ｄを含む上記の照明システムを示し、各照明システム１ｄは、照明システム１ａ、１ｂ又は１ｃの形を取ってよい。照明システムは更に、照明システム１ｄの個々の照明デバイスと通信する遠隔制御ユニット１１を含む。

プロトコルＩ及びＩＩは、（図２ａ及び図２ｂにおける照明システム１ａ及び１ｂのような）ライン構成にある３つの照明デバイスを用いた実験から得た結果を使用して検証されている。これらの結果は、図４ａ乃至図４ｄに示される。各グラフについて、ｘ軸は時間を表し、ｙ軸は振幅を表す。

図４ａ及び図４ｂでは、プロトコルＩについての結果が示されている。図４ａは、照明システム１ａの照明デバイス２ａ、２ｃからの信号送信を示し（上のグラフ）、照明デバイス２ｂにおいて受信された信号を示し（中央のグラフ）、照明システム１ａにおける中間照明デバイス２ｂにおける成功裏の復号化を示す（下のグラフ）。図４ａの下のグラフにおける丸印やバツ印は、送信済みデータ及び復号化済みデータのビットを示し、それらの一致は、復号化が成功したことを示す。図４ｂは、照明デバイス２ｂから送信された信号を示し（上のグラフ）、照明デバイス２ａ、２ｃにおいて受信された信号を示し（中央のグラフ）、最終的にそこで復号化された信号を示す（下のグラフ）。図４ｂの下のグラフにおける丸印とバツ印との一致は、照明デバイス２ａ、２ｃにおける復号化が成功したことを示す。

図４ｃ及び図４ｄでは、プロトコルＩＩについての結果が示されている。図４ｃは、照明システム１ｂのソース照明デバイス２ａ、２ｃからの信号送信を示し（上のグラフ）、また、照明システム１ｂにおける中間照明デバイス２ｂにおいて受信されたアナログ重畳信号を示す（下のグラフ）。

図４ｄは、照明デバイス２ｂから送信された信号を示し（上のグラフ）、照明デバイス２ａ、２ｃにおいて受信された当該信号を示し（上のグラフの隣のグラフ）、事前に知られているアナログ信号成分を削除した（下のグラフの隣のグラフ）後に、最終的にそこで復号化された信号を示す（下のグラフ）。図４ｄの下のグラフにおける丸印とバツ印との一致は、照明デバイス２ａ、２ｃにおける復号化が成功したことを示す。

要約すると、本明細書では、第１の照明デバイス（２ａ）と第２の照明デバイス（２ｃ）との間で少なくとも１つの第３の中間照明デバイス（２ｂ）を介してデータを通信するための照明デバイス、照明システム及び方法が提案されている。当該方法は、
第１の照明デバイス（２ａ）によって第１のデータ信号ｓ１（ｋ）を送信するステップと、
第２の照明デバイス（２ｃ）によって第２のデータ信号ｓ２（ｋ）を送信するステップと、
第３の中間照明デバイス（２ｂ）によって第１及び第２のデータ信号を受信するステップと、
第３の中間照明デバイス（２ｂ）によって、組み合わされたデータ信号ｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を送信するステップと、
第１の照明デバイス（２ａ）によって、組み合わされたデータ信号ｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を受信して、第２のデータ信号ｓ２（ｋ）を得るために事前に知られている第１のデータ信号ｓ１（ｋ）を削除するステップと、
第２の照明デバイス（２ｃ）によって、組み合わされたデータ信号ｓ１（ｋ）＋ｓ２（ｋ）を受信して、第１のデータ信号ｓ１（ｋ）を得るために事前に知られている第２のデータ信号ｓ２（ｋ）を削除するステップとを含む、
方法として要約される。

（プロトコルＩＩによって規定されるような）実施形態では、ステップ（ｉ）及び（ｉｉ）は同時に起きる。

本発明は、主に、幾つかの実施形態を参照して説明された。本発明は、特に、照明制御システム又は可視光ネットワーキングに適用される。しかし、当業者には容易に理解されるように、開示された実施形態以外の他の実施形態も添付の特許請求の範囲によって規定される発明の範囲内であることが同等に可能である。

本明細書に説明されたような符号化照明システムでは、（遠隔制御ユニット１１又は照明デバイス２ａ乃至２ｆのうちの１つといった）中央照明コントローラが、「送信」を調整することができる。即ち、使用されているネットワーク符号化プロトコルに従って、照明デバイス２ａ乃至２ｆの光出力がいつまたどのように変調されるのかを決定できる。これは、照明システムにおいては一般的である特徴のコミッショニングによって更に容易にされる。したがって、各照明デバイス２ａ乃至２ｆの役割は、コントローラによって指定され且つ調整される。これは、ネットワーク符号化光通信システムをユニークにするだけでなく、非常に効果的にする。

Claims (15)

1. 符号化光を受け取り、放射する照明デバイスであって、
   光を受け取り、受け取った前記光内に符号化光を検出する光ディテクタと、
   受け取った前記符号化光において、受け取った前記光内に埋め込まれた、少なくとも、第１の入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化光メッセージを特定する光デコーダであって、前記第１の入来符号化光メッセージは第１の外部照明デバイスから生じ、前記第２の入来符号化光メッセージは第２の外部照明デバイスから生じる、前記光デコーダと、
   前記第１の入来符号化光メッセージ及び前記第２の入来符号化光メッセージの組み合わせである発信符号化光メッセージを形成する光ドライバと、
   前記発信符号化光メッセージを含む符号化光を放射する光エミッタと、
   を含む、照明デバイス。
2. 前記第１の入来符号化光メッセージ及び前記第２の入来符号化光メッセージの各々は、ビーコンメッセージをそれぞれ含み、各ビーコンメッセージは、ソースアドレス及び宛先アドレスを含む、請求項１に記載の照明デバイス。
3. 前記光デコーダは更に、前記第１の入来符号化光メッセージ及び前記第２の入来符号化光メッセージの各々から前記宛先アドレスを抽出し、アドレスのデータベースにおいて、前記照明デバイスが前記宛先アドレスと通信可能であるか否かを確認し、前記照明デバイスが前記宛先アドレスと通信可能である場合にのみその確認応答を含む応答メッセージを形成し、前記光エミッタは更に、前記応答メッセージを含む符号化光を放射する、請求項２に記載の照明デバイス。
4. メモリを更に含み、前記第１の入来符号化光メッセージ及び前記第２の入来符号化光メッセージのうちの少なくとも１つは、それぞれ、第１の複合符号化光メッセージ及び第２の複合符号化光メッセージを表し、前記光デコーダは、前記第１の複合符号化光メッセージ及び前記第２の複合符号化光メッセージのうちの前記少なくとも１つにおいて、少なくとも２つの個別の符号化光メッセージを、前記第１の複合符号化光メッセージ及び前記第２の複合符号化光メッセージのうちの前記少なくとも１つを前記メモリに記憶される少なくとも１つの記憶された符号化光メッセージと比較することによって特定する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明デバイス。
5. 前記比較は、前記少なくとも１つの記憶された符号化光メッセージを表す情報を、前記第１の複合符号化光メッセージ及び前記第２の複合符号化光メッセージのうちの前記少なくとも１つから削除するように、前記少なくとも１つの記憶された符号化光メッセージを、前記第１の複合符号化光メッセージ及び前記第２の複合符号化光メッセージのうちの前記少なくとも１つから減算することを含む、請求項４に記載の照明デバイス。
6. 前記少なくとも１つの記憶された符号化光メッセージは、前記照明デバイス、前記第１の外部照明デバイス及び前記第２の外部照明デバイスのうちの少なくとも１つから生じる、請求項４又は５に記載の照明デバイス。
7. 前記組み合わせは、前記第１の入来符号化光メッセージを表す第１の波形を、前記第２の入来符号化光メッセージを表す第２の波形に加算することを含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明デバイス。
8. 前記第１の入来符号化光メッセージ及び前記第２の入来符号化光メッセージは、それぞれ、第１及び第２のバイナリ情報シーケンスを表す、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明デバイス。
9. 前記組み合わせは、前記第１及び前記第２のバイナリ情報シーケンス間でビット排他論理和演算を行うことを含む、請求項８に記載の照明デバイス。
10. 前記第１の入来符号化光メッセージ及び前記第２の入来符号化光メッセージは、ＣＳＭＡ／ＣＡベースのプロトコルを使用して送信される、請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明デバイス。
11. 中央制御ユニットから、前記発信符号化光メッセージの送信のスケジューリングに関するメッセージを受信するメッセージ受信器を更に含む、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の照明デバイス。
12. 前記光デコーダは更に、前記第１の入来符号化光メッセージ及び前記第２の入来符号化光メッセージの各々を復号化した後、再符号化し、そこから前記発信符号化光メッセージを形成する、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の照明デバイス。
13. 前記光デコーダは更に、受け取った前記符号化光において、受け取った前記光内に埋め込まれた第３の入来符号化光メッセージを特定し、前記第３の入来符号化光メッセージは、第３の外部照明デバイスから生じ、前記光ドライバは更に、前記第３の入来符号化光メッセージも前記発信符号化光メッセージに含める、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明デバイス。
14. 請求項１乃至１３の何れか一項に記載の照明デバイスと、前記第１の外部照明デバイスと、前記第２の外部照明デバイスとを含む、符号化光システム。
15. 照明デバイスにおいて、符号化光を受け取り、放射する方法であって、
    前記照明デバイスの光ディテクタによって、光を受け取り、受け取った前記光内の符号化光を検出するステップと、
    前記照明デバイスの光デコーダによって、受け取った前記符号化光において、受け取った前記光内に埋め込まれた第１の入来符号化光メッセージ及び第２の入来符号化光メッセージを特定するステップであって、前記第１の入来符号化光メッセージは第１の外部照明デバイスから生じ、前記第２の入来符号化光メッセージは第２の外部照明デバイスから生じる、前記ステップと、
    前記照明デバイスの光ドライバによって、前記第１の入来符号化光メッセージ及び前記第２の入来符号化光メッセージの組み合わせである発信符号化光メッセージを形成するステップと、
    前記照明デバイスの光エミッタによって、前記発信符号化光メッセージを含む符号化光を放射するステップと、
    を含む、方法。